海底天然气水合物赋存的间接识别标志

天然气水合物是近十多年来发现的一种新型超级洁净能源, 因其在能源勘探、海底灾害环境和全球气候变化研究中的重要性而日益引起世界各国的高度重视.尽管此种化合物通常分布于大陆边缘沉积物和极地永冻层内, 但前者的水合物赋存量占据全球天然气水合物总量的90 %以上.鉴于此, 拟就该种化合物在海底沉积物中赋存的简接标志进行详细讨论, 以使人们在不进行沉积物取样或没有采集到水合物样品的情况下, 也能快速准确地确定此种化合物的分布.      

琼东南盆地南部隆起带天然气水合物赋存特征分析

天然气水合物是21世纪最具潜力的接替煤炭、石油和天然气的新型洁净能源之一。我国南海蕴藏着丰富的水合物资源,目前已在南海北部陆坡神狐、东沙、海马区发现丰富的水合物资源。本文分析了琼东南盆地南部隆起带天然气水合物赋存的地质条件,开展了地球物理资料的分析与海底反射(BSR)识别,计算了水合物热动力学稳定带厚度。研究表明,琼东南盆地南部隆起带具备水合物赋存的地质条件,渗漏构造发育,游离气丰富,BSR表现为强振幅、不连续等特征,水合物稳定带厚度大,具有较大的天然气水合物资源潜力。     

美国天然气水合物研究计划介绍

以美国近年来提出的天然气水合物研究计划和项目申请书为基础,介绍美国科学家在天然气水合物研究领域中所关心的关键科学与技术问题和研究焦点,供我国天然气水合物研究者在项目设计和开展研究工作时参考。美国天然气水合物研究关注的重点科学问题主要集中在 4个方面：天然气水合物的物理与化学特性研究;天然气水合物开采技术研究;天然气水合物灾害-安全性与海底稳定性研究;天然气水合物在全球碳循环中的作用研究。在研究方法上主要采取天然气水合物区的现场地质地球化学观测、实验室合成和测定及计算模拟,特别关注与水合物和油气冷泉相关的生命过程及与水合物的相互作用研究。     

天然气水合物区多相流体运移模型：以南海神狐海域为例

天然气水合物是重要的海洋油气资源,近年来利用孔隙水地球化学手段结合流体反应运移模型对水合物进行勘探已 成为研究热点。文章针对南海神狐海域钻探GMGS-1航次的数据资料,用孔隙水溴碘摩尔数比值拟合全新世流体运移速率, 构建了二期次非稳态水合物多相流体运移模型,并以SH7站位作为应用,发现自更新世以来研究区水合物成藏系统处于衰 退状态。通过模型参数敏感性分析,了解到影响模型输出的参数权重从高到低依次是沉积物孔隙度、有机质含量和沉积埋 藏速率。进一步数值分析表明,在水合物成藏系统中,有机质含量与水合物饱和度满足线性相关,其他主要参数与饱和度 的关系并非单调函数,且主导水合物稳定区内的甲烷物源是深部外源流体所携带的甲烷。多相流体运移模型对水合物资源 勘查具有一定的理论意义。     

Progress in Global Gas Hydrate Development and Production as a New Energy Resource

Natural gas hydrates have been hailed as a new and promising unconventional alternative energy, especially as fossil fuels approach depletion, energy consumption soars, and fossil fuel prices rise, owing to their extensive distribution, abundance, and high fuel efficiency. Gas hydrate reservoirs are similar to a storage cupboard in the global carbon cycle, containing most of the world’s methane and accounting for a third of Earth’s mobile organic carbon. We investigated gas hydrate stability zone burial depths from the viewpoint of conditions associated with stable existence of gas hydrates, such as temperature, pressure, and heat flow, based on related data collected by the global drilling programs. Hydrate-related areas are estimated using various biological, geochemical and geophysical tools. Based on a series of previous investigations, we cover the history and status of gas hydrate exploration in the USA, Japan, South Korea, India, Germany, the polar areas, and China. Then, we review the current techniques for hydrate exploration in a global scale. Additionally, we briefly review existing techniques for recovering methane from gas hydrates, including thermal stimulation, depressurization, chemical injection, and CH4–CO2 exchange, as well as corresponding global field trials in Russia, Japan, United States, Canada and China. In particular, unlike diagenetic gas hydrates in coarse sandy sediments in Japan and gravel sediments in the United States and Canada, most gas hydrates in the northern South China Sea are non-diagenetic and exist in fine-grained sediments with a vein-like morphology. Therefore, especially in terms of the offshore production test in gas hydrate reservoirs in the Shenhu area in the north slope of the South China Sea, Chinese scientists have proposed two unprecedented techniques that have been verified during the field trials: solid fluidization and formation fluid extraction. Herein, we introduce the two production techniques, as well as the so-called “four-in-one” environmental monitoring system employed during the Shenhu production test. Methane is not currently commercially produced from gas hydrates anywhere in the world; therefore, the objective of field trials is to prove whether existing techniques could be applied as feasible and economic production methods for gas hydrates in deep-water sediments and permafrost zones. Before achieving commercial methane recovery from gas hydrates, it should be necessary to measure the geologic properties of gas hydrate reservoirs to optimize and improve existing production techniques. Herein, we propose horizontal wells, multilateral wells, and cluster wells improved by the vertical and individual wells applied during existing field trials. It is noteworthy that relatively pure gas hydrates occur in seafloor mounds, within near-surface sediments, and in gas migration conduits. Their extensive distribution, high saturation, and easy access mean that these types of gas hydrate may attract considerable attention from academia and industry in the future. Herein, we also review the occurrence and development of concentrated shallow hydrate accumulations and briefly introduce exploration and production techniques. In the closing section, we discuss future research needs, key issues, and major challenges related to gas hydrate exploration and production. We believe this review article provides insight on past, present, and future gas hydrate exploration and production to provide guidelines and stimulate new work into the field of gas hydrates.     

天然气水合物地球化学勘查方法

天然气水合物是一种潜在的新能源,广泛分布在大陆架边缘的深海沉积物和陆域多年冻土区。地球化学勘查技术作为天然气水合物勘探的重要手段之一,愈来愈受到极大的关注。笔者综合国内外研究现状,分别介绍海域和永久冻土带天然气水合物勘查中应用的主要地球化学方法,并详述各种方法的机理和研究进展。     

中国天然气水合物

天然气水合物是一种规模巨大的新型潜在能源,因其具有分布广、规模大、埋藏浅、能效高、污染低等优点,是后石油时代的最佳接替能源之一。世界各国特别是各能源短缺国家非常重视天然气水合物的调查研究工作,其研发重点已从资源勘查逐渐向开发利用方面转移。中国正在进行第三个阶段天然气水合物工作,已在海陆发现3处天然气水合物产地,并在祁连山成功实施天然气水合物试开采,计划在2017年实施海底天然气水合物试开采。随着勘查试开采技术的不断进步和国家一系列扶持性政策的实施,中国将与世界先进国家同步实现天然气水合物的商业性开发,并最终实现产业化。     

天然气水合物勘探-开发-储运-环境响应研究新进展--第五届天然气水合物国际会议简介

主要根据第五届天然气水合物国际会议(ICGH5)的资料,介绍了天然气水合物勘探、开发、储运和环境响应研究的新进展.在勘探、开发方面,主要使用多维地震和核磁共振等方法来研究天然气水合物的分布情况,并根据天然气水合物声阻抗与沉积物孔隙度之间的关系来估算天然气水合物的资源量;在储运方面,与传统的液化天然气方法相比,以天然气水合物丸粒形式储运天然气所需的费用和所消耗的总能量以及所释放出的CO2相对较少;在环境响应方面,对深海储存CO2以及CH4流体对海洋和大气影响的研究,为解决天然气水合物可能引起的环境问题提供了新的思路.最后,介绍了各国天然气水合物的研究情况,并对天然气水合物研究中尚需解决的问题进行了展望.     

天然气水合物开发安全检测技术应用研究

中国近年来先后在南海北部和祁连山南缘青海省天峻县永久冻土带中发现天然气水合物,这是一种新能源,它将对中国能源结构的调整和能源紧张的缓解起到非常重要的作用。但是,天然气水合物开采安全是个大问题,已经引起了国际上专家们的极大关注。俄罗斯南方国立技术大学地球物理、探矿工程和石油钻采教研室开发出来的天然气水合物开发安全检测技术和方法,可以准确确定出射孔部位的位置、检查射孔部位是否阻塞和如何解阻等关键技术,对天然气水合物开采安全提供了技术支撑,对此应该进行研究。     

A 3D basin modeling study of the factors controlling gas hydrate accumulation in the Shenhu Area of the South China Sea

Great advancement has been made on natural gas hydrates exploration and test production in the northern South China Sea. However, there remains a lot of key questions yet to be resolved, particularly about the mechanisms and the controls of gas hydrates enrichment. Numerical simulaution would play signficant role in addressing these questions. This study focused on the gas hydrate exploration in the Shenhu Area, Northern South China Sea. Based on the newly obtained borehole and multichannel reflection seismic data, the authors conducted an integrated 3D basin modeling study on gas hydrate. The results indicate that the Shenhu Area has favorable conditions for gas hydrate accumulation, such as temperature, pressure, hydrocarbon source, and tectonic setting. Gas hydrates are most concentrated in the Late Miocene strata, particularly in the structual highs between the Baiyun Sag and the Liwan Sag, and area to the south of it. It also proved the existence of overpressure in the main sag of source rocks, which was subject to compaction disequilibrium and hydrocarbon generation. It also shown that the regional fault activity is not conducive to gas hydrate accumulation due to excess gas seepage. The authors conjecture that fault activity may slightly weaken overpressure for the positive effect of hydrocarbon expulsion and areas lacking regional fault activity have better potential.©2022 China Geology Editorial Office.     

青海聚乎更钻探区天然气水合物拉曼光谱特征

了解天然气水合物的微观结构特征对水合物资源勘探和评价具有重要意义。采用显微激光拉曼光谱技术,对青海聚乎更钻探区内DK8-19、DK11-14 和DK12-13等3个站位共9个天然气水合物岩心样品进行了分析测试,探讨了钻探区天然气水合物的拉曼光谱特征。结果表明,青海聚乎更钻探区天然气水合物广泛分布,垂直方向在126.1~322.2 m范围内不连续分布,不同钻孔、不同埋深水合物样品的拉曼光谱特征基本一致,初步判断为Ⅱ型结构水合物,且为多元气体水合物。水合物客体除甲烷、乙烷、丙烷及丁烷等 烷烃外,普遍含有氮气组分。此外,在DK8-19站位埋深为126.1 m样品中发现水合物相中硫化氢组分的拉曼信号,这说明特定区域内可能存在硫化氢气体且形成了水合物。聚乎更钻探区水合 物样品拉曼光谱特征为冻土区天然气水合物成藏与分布规律研究提供了新的启示。     

多孔介质中天然气水合物稳定性的实验研究进展

勘探表明天然气水合物多产出于细碎屑沉积物中,其分布和赋存形式受温度、压力、水化学条件等多种物理化学因素的影响。前人的实验研究表明不同孔径尺度中的甲烷水合物稳定性有别于块状、层状水合物,同时孔隙表面的润湿性也是影响因素之一。在综合分析前人研究成果的基础上,系统阐述了孔隙的孔径、孔隙内表面润湿性对所含天然气水合物稳定性的影响规律,总结了可能的内在机理;并指出了当前应当尽快建立包括空间效应、温度、压力和组分等因素的综合天然气水合物相图,查明含天然气水合物沉积物的孔隙结构和表界面特征,建立天然气水合物的稳定性模型,将有助于精确预测天然气水合物的分布和规模,对于水合物开发和甲烷存储技术的研发也有着重要的意义。     

青海木里三露天天然气水合物野外现场识别方法研究

天然气水合物的野外识别是其勘查工作和分析研究的工作基础。我国陆域冻土区天然气水合物勘查工作程度低,且其赋存环境、产出形态和成藏机理等特 征与海域天然气水合物存在显著差异,由此也决定并急需寻找一套新的、系统的陆域冻土区天然气水合物的野外识别方法。通过对近两年青海煤炭地质局一0五勘探队在青海木里三露天地区实 施系列钻井中天然气水合物识别方法的不断分析和总结,建立了以天然气水合物冰状、沸腾、渗水现象为直接识别标志和以气测录井、岩心解析为有效鉴别方法等为主的天然气水合物野外现 场识别方法。经过进一步验证表明,以天然气水合物典型物理化学特征为支撑,以研究区零星、分散产出和连续性、对比性差等对识别水合物不利特征为客观前提建立的天然气水合物野外现 场系统识别方法可靠性高、适用性更强更广。最后,对诸多围绕天然气水合物的异常标识、直接标志和技术方法以流程的方式梳理和总结了其识别工作方法。     

祁连山木里冻土区天然气水合物矿区稀有气体氦、氖地球化学特征及其指示意义

稀有气体氦(He)、氖(Ne)是天然气水合物中的痕量组分,其化学性质稳定,在地质作用过程中其丰度变化几乎不受复杂化学反应和近地表微生物的影响。顶空气He、Ne地球化学勘查方法可以排除沼泽区微生物的强烈干扰,提高包括天然气水合物在内的油气近地表地球化学勘查的效用及精度。选择祁连山木里冻土区天然气水合物矿区进行试验研究,获得近地表土壤顶空气He平均含量为799×10-6,Ne平均含量208×10-6,均高于其在大气中的丰度。稀有气体He、Ne具有很强的穿透能力,平面上,在已知水合物矿藏和水合物远景区上方具有明显的地球化学顶部异常特征;钻井地球化学垂向剖面上,水合物富集层位上方具有明显的上置气异常特征。顶空气He、Ne近地表平面异常和钻井岩屑剖面异常特征证实,祁连山水合物形成过程中烃类气体发生了分异和垂向微渗漏,其携带笼中的稀有气体He、Ne以“类气相”地气流形式垂向迁移。试验证明,顶空气He、Ne异常对木里天然气水合物矿藏具有良好的指示作用。顶空气He、Ne勘查方法是冻土区水合物地球化学勘查技术的有效补充。     

南海北部神狐海域细粒储层矿物组分对天然气水合物储集赋存的影响

为了探明矿物类型对于天然气水合物成藏的影响,笔者等利用南海北部神狐海域W07站位样品及其水合物饱和度数据,进行XRD全岩和黏土矿物测试分析、比表面积分析以及束缚水能力综合分析。结果表明,海床下110~127 m（即110~127 mbsf,meters below sea floor, 海床以下深度）为水合物储层段,海床下127~156 m为非水合物储层段。通过XRD分析可知,高石英及长石含量,低伊蒙混层含量的层段,比表面积与束缚水能力较低,说明其具有相对较好的孔渗条件,为水合物的运移与储集提供了良好的空间条件,因此形成水合物储层段;而在高伊蒙混层的层段中,比表面积较大,束缚水能力较强,其对甲烷气体及流体的吸附和束缚能力较强,对水合物成藏起到潜在的封隔作用,成为非储层段,储层与非储层段纵向叠置序列有利于优质水合物储层的形成。本次研究总结了矿物组分与优质水合物储层之间的关系,并揭示两者存在的潜在成因联系,以期丰富水合物富集成藏的基础理论,对未来南海北部天然气水合物的商业化开发提供支持。     

含天然气水合物沉积物相平衡问题研究综述

天然气水合物是一种战略性替代能源。同时,开发天然气水合物将是全球气候环境问题和地质灾害的诱发因素之一。含天然气水合物沉积物（简称HBS）的相平衡问题对天然气水合物资源勘探、评估与开发利用以及环境影响均具有重要的基础作用。自然界中赋存于沉积物之中的天然气水合物的生成与分解与纯水体系中水合物的生成与分解具有很大区别。通过总结国内外研究资料,以天然气水合物开发利用中的岩土工程问题研究需要为出发点,详细介绍了HBS的沉积物物性、孔隙水盐度和气体组分对沉积物中水合物相平衡关系影响以及HBS相平衡研究中有关制样方法技术、各组分含量测试以及相平衡关系理论模型研究方面的国内外研究现状。研究成果表明,HBS的沉积物物性、孔隙水盐度和气体组分均对天然气水合物相平衡关系具有显著影响,试验研究中应用了很多先进方法技术,但仍然存在定量精度较低或实施成本较高等问题;基于微观尺度建立的有关HBS的相平衡宏观模型能较好地模拟与预测HBS的相平衡关系,但其表达式复杂、参数较多和不易获得制约了其在天然气水合物开采中的有关岩土力学与工程理论研究和工程实践中应用     

南海北部东沙群岛HD196站位地球化学特征及其对水合物的指示

南海北部是中国海上油气的重要基地,也是中国天然气水合物调查的首选地区。对南海北部东沙群岛附近具有BSR特征的HD196站位沉积物样品的地球化学特征进行综合分析,得到以下结果:柱状样沉积物的常量元素的分布具有分段性,且与沉积物孔隙水中的离子浓度和甲烷含量的变化趋势相一致,可能对其下面是否存在天然气水合物有指示意义;同时柱状样沉积物孔隙水中离子浓度的变化与世界上发现天然气水合物地点的孔隙水离子浓度的变化一致。HD196站位的地质条件表明本站位具有天然气水合物形成的温压条件、气源条件和构造条件,因此在本站位的下面赋存天然气水合物的可能性比较大,在此进一步工作有可能取得天然气水合物勘查的突破。     

南海北部神狐海域细粒储层矿物组分对天然气水合物储集赋存的影响

为了探明矿物类型对于天然气水合物成藏的影响,笔者等利用南海北部神狐海域W07站位样品及其水合物饱和度数据,进行XRD全岩和黏土矿物测试分析、比表面积分析以及束缚水能力综合分析。结果表明,海床下110~127 m（即110~127 mbsf,meters below sea floor, 海床以下深度）为水合物储层段,海床下127~156 m为非水合物储层段。通过XRD分析可知,高石英及长石含量,低伊蒙混层含量的层段,比表面积与束缚水能力较低,说明其具有相对较好的孔渗条件,为水合物的运移与储集提供了良好的空间条件,因此形成水合物储层段;而在高伊蒙混层的层段中,比表面积较大,束缚水能力较强,其对甲烷气体及流体的吸附和束缚能力较强,对水合物成藏起到潜在的封隔作用,成为非储层段,储层与非储层段纵向叠置序列有利于优质水合物储层的形成。本次研究总结了矿物组分与优质水合物储层之间的关系,并揭示两者存在的潜在成因联系,以期丰富水合物富集成藏的基础理论,对未来南海北部天然气水合物的商业化开发提供支持。     

天然气水合物研究现状与展望

自20世纪90年代以来,世界各国对潜力巨大的新型能源———天然气水合物的研究做了大量的投入,已经取得了重大进展。本文在阐述国外天然气水合物的研究现状的同时,重点介绍了我国在天然气水合物勘探开发和实验模拟方面取得的一些进展,并展望其在能源、环境和其它研究领域的发展前景。     

海底天然气水合物地球化学勘探新技术

天然气水合物是目前寻找新型替代能源的热点之一，其勘探、开发和利用的科学与技术是当前面临的重大课题。除地球物理方法可对天然气水合物定位外，地球化学勘探也是寻找它的重要手段。天然气水合物的几种地球化学勘探方法分别利用其直接标志和间接标志。直接标志包括烃类气体含量测定等；间接标志包括孔隙水离子浓度异常、同位素地球化学异常、标志性矿物(标型矿物)及沉积物热释光分析等方法。